Đồ án tốt nghiệp - Tổng quan về mạng cảm nhận không dây sử dụng CC1010

Với sự phát triển của công nghệ chế tạo linh kiện điện tử, đặc biệt làcông nghệ bán dẫn, các vi điều khiển ngày nay có mật độ tích hợp cao, khảnăng xử lý mạnh, kích thước nhỏ, tiêu thụ năng lượng ít, giá thành ngàycàng hạ. Khi được cài đặt các phần mềm nhúng, các vi điều khiển này sẽ cókhả năng hoạt động độc lập ở các môi trường có vị trí địa lý khác nhau.Nếu kết hợp các vi điều khiển này với các bộ phát sóng vô tuyến và cáccảm biến thì chúng có thể trở...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đồ án tốt nghiệp - Tổng quan về mạng cảm nhận không dây sử dụng CC1010 Đồ án tốt nghiệpTổng quan về mạng cảm nhận không dây sử dụng CC1010Đồ án tốt nghiệp đại họcCHƯƠNG ITỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY SỬ DỤNG CC1010.1.1. Giới thiệu về mạng cảm nhận không dây. Với sự phát triển của công nghệ chế tạo linh kiện điện tử, đặc biệt làcông nghệ bán dẫn, các vi điều khiển ngày nay có mật độ tích hợp cao, khảnăng xử lý mạnh, kích thước nhỏ, tiêu thụ năng lượng ít, giá thành ngàycàng hạ. Khi được cài đặt các phần mềm nhúng, các vi điều khiển này sẽ cókhả năng hoạt động độc lập ở các môi trường có vị trí địa lý khác nhau.Nếu kết hợp các vi điều khiển này với các bộ phát sóng vô tuyến và cáccảm biến thì chúng có thể trở thành nút mạng trong mạng cảm nhận khôngdây (Wireless Sensor Network - WSN). WSN có thể được tạo ra bằng cáchtập hợp nhiều các nút được cấu tạo như vậy. Tại mỗi nút mạng, chúng cóthể hoạt động độc lập để tiến hành đo các thông số khác nhau của môitrường như: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, áp suất, nồng độ bụi,.... WSNdường như đã trở thành giải pháp hấp dẫn vì mang đến sự tiện lợi về nhiềuphương diện, và đặc biệt, trong nhiều trường hợp thậm chí còn hạn chếđược sự nguy hiểm cho con người trong những môi trường làm việc khắcnghiệt ( nút mạng thay thế cho sự làm việc trực tiếp của con người trongnhững môi trường có độc tính hay nhiệt độ cao, áp suất cao,... ). Mạng cảm nhận không dây ra đời đáp ứng cho nhu cầu thu thậpthông tin về môi trường tại một tập hợp các điểm xác định trong mộtkhoảng thời gian nhất định nhằm phát hiện xu hướng hoặc quy luật vậnđộng của môi trường. Bài toán này được đặc trưng bởi một số lớn các nútmạng, thường xuyên cung cấp thông số môi trường và gửi về một hoặc mộtNgành Công Nghệ Thông Tin 1Đồ án tốt nghiệp đại họctập trạm gốc có kết nối với trung tâm xử lý (thường là hệ thống máy tính )để phân tích, xử lý, đưa ra các phương án phù hợp hoặc cảnh báo hay đơnthuần chỉ là lưu trữ số liệu.1.2. Các chỉ tiêu của hệ thống mạng cảm nhận không dây. Các chỉ tiêu chủ yếu của mạng cảm nhận không dây là: thời giansống, độ bao phủ, chi phí và dễ triển khai, thời gian đáp ứng, độ chính xácvề thời gian, bảo mật, và tốc độ lấy mẫu hiệu quả. Thông thường, khi tănghiệu quả của chỉ tiêu này lại làm giảm hiệu quả của chỉ tiêu khác. Ví dụ:khi tăng tốc độ lấy mẫu lại làm giảm thời gian sống. Mục đích ở phần nàyhiểu rõ và cân bằng các chỉ tiêu với khả năng của hệ thống.1.2.1. Thời gian sống. Có một giới hạn của mạng cảm nhận không dây đó là thời gian sống.Trong các ứng dụng, các nút mạng thường được đặt ở ngoài môi trường,không có người giám sát theo hàng tháng hay hàng năm. Yếu tố chủ yếugiới hạn thời gian sống của mạng cảm nhận là năng lượng cung cấp. Mỗinút cần được thiết kế cơ chế quản lý năng lượng nội bộ để tối đa thời giansống của mạng. Đặc biệt, trong trường hợp mạng an ninh, mỗi nút phảisống trong nhiều năm. Một nút bị lỗi sẽ làm tổn thương hệ thống an ninh. Trong vài tình huống có thể dùng nguồn năng lượng ngoài. Tuynhiên, vì ưu điểm chính của mạng không dây là tính linh hoạt dễ triển khai.Yêu cầu nguồn năng lượng ngoài cho tất cả các nút mạng lại mâu thuẫn vớiưu điểm này. Một giải pháp được đưa ra là cho một nhóm các nút đặc biệtđược cấp nguồn ngoài. Trong hầu hết các ứng dụng, đặc điểm chính của các nút là tự cấpnguồn. Chúng sẽ có đủ năng lượng cho nhiều năm hoặc có thể lấy nănglượng từ môi trường thông qua thiết bị khác như năng lượng mặt trời,Ngành Công Nghệ Thông Tin 2Đồ án tốt nghiệp đại họcnguồn áp điện. Cả hai sự lựa chọn đều yêu cầu năng lượng tiêu thụ trungbình của các nút càng ít càng tốt. Yếu tố quan trọng quyết định thời gian sống là năng lượng tiêu thụradio. Một nút cảm nhận không dây khi truyền hoặc nhận tín hiệu radio sẽtiêu thụ năng lượng lớn. Năng lượng tiêu thụ này có thể giảm được bằngcách giảm năng lượng truyền, tức là giảm chu trình làm việc của radio.1.2.2. Độ bao phủ. Bên cạnh thời gian sống, độ bao phủ là cũng là tham số đánh giá chomạng không dây. Nó có thuận lợi là khả năng triển khai một mạng trên mộtvùng rộng lớn. Điều này làm tăng giá trị hệ thống đối với người dùng cuối.Điều quan trọng là độ bao phủ của mạng không tương đương với khoảngcách kết nối không dây được sử dụng. Kỹ thuật truyền multi-hop có thể mởrộng độ bao phủ của mạng. Về mặt lý thuyết chúng có khả năng mở rộngvô hạn. Tuy nhiên, trong một khoảng cách truyền xác định, giao thức mạngmulti-hop làm tăng năng lượng tiêu thụ của các nút, và sẽ làm giảm thờigian sống của mạng. Hơn nữa, chúng đòi hỏi một mật độ tối thiểu, và sẽlàm tăng chi phí triển khai. Ràng buộc khoảng cách dẫn đến việc mở rộng một số lượng lớn cácnút. Giá trị chủ yếu c ...